BIOLOGI Campbell Reece Mitchell
PEWARISAN DENGAN MODIFIKASI: PANDANGAN DARWINIAN TENTANG KEHIDUPAN •
•
•
•
•
• •
Konteks Historis untuk Teori Evolusi Kebudayaan barat menolak pandangan evolusioner mengenai kehidupan Teori-teori gradualisme geologis membantu me mbantu membuka jalan bagi b agi para ahli biologi evolusi Lamarck menempatkan fosil dalam suatu konteks evolusi Revolusi Darwinian Riset lapangan membantu Darwin membentuk m embentuk pandangannya mengenai kehidupan: sains sebagai proses The Origin of Species mengembangkan dua pokok pikiran utama: terjadinya evolusi dan seleksi alam sebagai mekanismenya Bukti-bukti Evolusi Bukti-bukti evolusi melanda biologi Apakah aspek teoretis dari pandangan Darwinian tentang kehidupan? kehidupan?
Konteks historis dari kehidupan dan ide-ide Darwin Teori Darwin bahwa seleksi alam bertanggung jawab atas perubahan evolusioner merupakan suatu penyimpangan radikal dari iklim agama dan filosofis yang dominan
Adaptasi evolusioner yang dibentuk oleh seleksi alam : Penyamaran/kamuflase
Spesies belalang yang masih berkerabat memiliki beragam bentuk dan warna yang berkembang dalam lingkungan yang berbeda
Seleksi Tiruan : Semua sayuran ini memiliki nenek moyang yang sama berupa satu spesies mostar liar. Dengan menyeleksi bagian-bagian berbeda dari tumbuhan itu untuk lebih menonjol, para pemulia telah mendapatkan
Struktur homolog : tanda-tanda anatomis proses evolusi Tungkai depan semua mamalia dibangun dari unsur kerangka yang sama, dan terlihat adanya hubungan arsitektur seperti yang kita harapkan jika tungkai depan nenek moyang atau leluhur yang sama dimodifikasi menjadi beberapa struktur untuk mengemban berbagai jenis fungsi yang
Tanda-tanda evolusi dari embriologi perbandingan Pada tahap perkembangan awal ini, kekerabatan vertebrata tidak dapat disangkal Embriologi perbandingan membantu para ahli biologi mengidentifikasi homologi struktur anatomi yang kurang jelas terlihat pada hewan dewasa
Data molekuler dan hubungan evolusioner vertebrata Titik percabangan pada pohon silsilah vertebrata ini ditentukan oleh jumlah asam amino yang berbeda dari polipeptida hemoglobin manusia
EVOLUSI POPULASI
•
• •
•
•
• • •
•
•
• •
Genetika Populasi Sintesis evolusioner modern menggabungkan konsep seleksi Darwinian dengan konsep pewarisan Mendelian Struktur genetik suatu populasi ditentukan oleh frekuensi alel dan genotipenya Teorema Hardy-Weinberg menjelaskan suatu populasi yang tidak berevolusi Penyebab Mikroevolusi Mikroevolusi merupakan perubahan dari generasi ke generasi dalam alel atau frekuensi genotipe suatu populasi Lima penyebab mikroevolusi adalah hanyutan genetik (genetic drift), aliran gen (gene flow), mutasi, perkawinan tidak acak, dan seleksi alam Variasi Genetik, Bahan Dasar Seleksi Alam Variasi genetik terjadi di dalam dan antarpopulasi Mutasi dan rekombinasi seksual menyebabkan adanya variasi genetik Diploidi dan polimorfisme seimbang mempertahankan variasi Seleksi Alam sebagai Mekanisme Evolusi Adaptif Kelestarian evolusioner (evolutionary fitness) merupakan sumbangan relatif yang diberikan oleh suatu individu pada kumpulan gen (gene pool ) generasi berikutnya Pengaruh seleksi pada berbagai sifat dapat bersifat menstabilkan, mengarahkan, atau menganekaragamkan Seleksi seksual dapat mengarah pada perbedaan sekunder antarjenis kelamin Seleksi alam tidak dapat membentuk organisme yang sempurna
Teorema Hardy-Weinberg
Struktur genetik suatu populasi yang tidak berevolusi masih tetap konstan selama beberapa generasi; rekombinasi seksual saja tidak akan mengubah frekuensi relatif alel atau genotipe
Pada model ini (suatu populasi bunga rekaan), perhatikan bahwa frekuensi alel dan genotipe tetap sama antara (a) induk dan (b) keturunannya
Hanyutan genetik Perubahan acak seperti di atas dalam frekuensi alel dan genotipe akibat kesalahan dalam pengambilan sampel dalam suatu populasi kecil disebut dengan hanyutan genetik
Efek leher botol Suatu kumpulan gen dapat mulai bergeser secara acak setelah populasi itu secara drastis berkurang akibat suatu bencana yang membunuh individu secara tidak selektif
Variasi klinal pada suatu tumbuhan Rata-rata ukuran tumbuhan yarrow yang tumbuh pada lereng pegunungan Sierra Nevada berkurang secara bertahap seiring dengan peningkatan ketinggian
Cara seleksi •
•
Kasus-kasus ini menjelaskan kemungkinan mikroevolusi suatu populasi keong di mana terdapat variasi warna cangkang dari terang ke gelap. Grafik tersebut menunjukkan bagaimana frekuensi individu yang memiliki
ASAL MULA SPESIES • • • •
• •
• •
•
•
•
Apa yang Dimaksud dengan Spesies? Konsep spesies biologis menekankan isolasi reproduktif Sawar (barrier) prazigotik dan pascazigotik mengisolasi kumpulan gen spesies biologis Konsep spesies biologis tidak berlaku pada semua situasi Konsep spesies yang lain menekankan ciri dan proses yang mengidentifikasi dan menyatukan anggota spesies Cara Pembentukan Spesies (Spesiasi) Isolasi geografis dapat mengarah ke pembentukan spesies baru: spesiasi alopatrik Sebuah spesies baru dapat terbentuk di daerah geografis yang sama dengan spesies tetua: spesiasi simpatrik Perubahan genetik dalam populasi dapat menyebabkan terjadinya spesiasi Model kesetimbangan bersela (punctuated equilibrium) mendorong penelitian mengenai kecepatan terjadinya spesiasi Asal Mula Struktur Baru akibat Evolusi (Evolutionary Novelty) Sebagian besar struktur baru akibat evolusi merupakan versi yang dimodifikasi dari struktur yang lebih tua Gen yang mengontrol perkembangan berperan penting dalam pemunculan struktur baru akibat evolusi Adanya tren evolusi tidak berarti bahwa evolusi berorientasi pada hasil
Dua pola spesiasi Anagenesis : Akumulasi perubahanperubahan yang dapat diwariskan dalam suatu populasi yang berhubungan dengan proses spesiasi
Kladogenesis : Evolusi bercabang, di mana spesies baru muncul dari suatu populasi yang memisah dari spesies tetua Kladogenesis adalah basis dari keanekaragaman biologis
Ringkasan sawar reproduktif antara spesies-spesies yang berkerabat dekat
Spesiasi simpatrik melalui poliploidi pada tumbuhan Autopoliploidi Suatu kesalahan dalam meiosis dalam galur sel germinal menghasilkan gamet yang jumlah kromosomnya tidak berkurang dari jumlah kromosom dalam sel tetua. Pembuahan sendiri menghasilkan zigot yang tetraploid Alopoliploidi Suatu hibrida yang dihasilkan dari dua spesies secara normal akan steril karena kromosomnya tidak homolog dan tidak dapat berpasangan selama meiosis, namun hibrida itu mampu bereproduksi secara aseksual
Evolusi gandum Gandum roti merupakan produk dua episode hibridisasi •
•
Spesiasi simpatrik pertama menghasilkan gandum emmer yaitu hibridisasi gandum Triticum liar dengan spesies yang dibudidayakan (T. monococcum ) Hibridisasi kedua, antara gandum emmer dengan spesies liar (T. tauschii ), menghasilkan gandum roti
Dua model untuk tempo spesiasi Satu spesies baru memisah dari spesies tetuanya sebagai satu populasi kecil yang terisolasi a) Gradualisme, spesies yang diturunkan dari nenek moyang yang sama perlahanlahan memisah dan berbeda secara morfologis seiring mereka mengembangkan adaptasi yang unik b) Keseimbangan bersela, spesies baru paling banyak berubah ketika ia memisah dari
Evolusi bercabang pada kuda
MELACAK FILOGENI • •
•
• •
• • •
• •
• •
Catatan Fosil dan Waktu Geologis Batuan sedimen merupakan sumber fosil yang paling kaya Para ahli paleontologi menggunakan beraneka ragam metode untuk memperkirakan usia fosil Catatan fosil adalah suatu rekaman sejarah evolusi yang sangat penting, meskipun tidak lengkap Filogeni memiliki dasar biogeografis dalam pergeseran benua (continental drift) Sejarah kehidupan diselingi oleh adanya kepunahan massal yang diikuti oleh radiasi adaptif oleh spesies yang selamat Filogeni dan Sistematika Taksonomi menggunakan suatu sistem klasifikasi berjenjang Pola percabangan suatu pohon filogenetik menunjukkan jenjang taksonomik Penentuan taksa monofiletik merupakan kunci pengelompokan organisme menurut sejarah evolusinya Teknik-teknik biologi molekuler sangat membantu bidang ilmu sistematika Pencarian DNA dalam fosil masih terus berlangsung meskipun akhir-akhir ini sering terjadi kemunduran: sains sebagai proses Ilmu Sistematika Filogenetik Fenetika meningkatkan objektivitas analisis sistematik Analisis kladistik menggunakan homologi baru untuk menentukan titik percabangan pada pohon filogenetik
Lempengan kerak bumi dan tektonika lempengan
(proses geologis yang disebabkan oleh pergeseran lempengan)
Hubungan antara klasifikasi dan filogeni Pohon evolusi yang bercabang-cabang menunjukkan pengaturan jenjang taksa Pohon filogenetik ini menyatakan kemungkinan kedekatan genealogis di antara beberapa taksa di bawah ordo carnivora
Taksa monofiletik versus polifiletik dan parafiletik
Penjajaran dan penyandingan segmen DNA
Contoh yang disederhanakan ini menunjukkan bagaimana mutasi menciptakan permasalahan dalam penyandingan dan penjajaran urutan yang homolog dan bagaimana pencocokan kembali pasangan ukuran tsb dapat dilakukan
Konstruksi pohon filogenetik dengan menggunakan analisis kladistik Contoh yang dibuat ideal ini menggambarkan bagaimana hipotesis filogenetik dihasilkan a) Kumpulan data disusun sedemikian rupa untuk membandingkan taksa A sampai D menggunakan lima karakter b) Suatu pohon yang dibentuk dari data itu menggambarkan pemanfaatan pola sejarah perubahan karakter untuk mempostulatkan hubungan antartaksa tersebut Takson O yang tidak masuk kelompok, dengan lima keadaan karakter primitif, menentukan akar pohon filogenik
Pembuatan pohon filogenetik dinosaurus Bagian atas ilustrasi ini mentabulasikan kehadiran atau ketidakhadiran karakter morfologis dalam suatu kelompok dinosaurus. Luar kelompok dalam analisis ini, Allosaurus, merupakan dinosaurus berpanggul kadal
BUMI PURBAKALA DAN ASAL MULA KEHIDUPAN • •
•
•
•
• • • •
•
Pengantar Sejarah Kehidupan Kehidupan di bumi bermula antara 3,5 dan 4,0 miliar tahun silam Episode-episode utama dalam sejarah kehidupan: tinjauan awal Evolusi Kimiawi Prabiotik dan Asal Mula Kehidupan Sel pertama mungkin berasal dari evolusi kimiawi pada bumi yang masih muda: gambaran umurn Sintesis abiotik monomer organik merupakan suatu hipotesis yang dapat diuji: sains sebagai proses Simulasi kondisi Bumi primitif di laboratorium telah menghasilkan polimer organik Protobion dapat terbentuk dengan penggabungan sendiri Kemungkinan RNA merupakan bahan genetik yang pertama Asal mula informasi herediter membuat evolusi Darwinian menjadi mungkin Perdebatan mengenai asal mula kehidupan sangat banyak Garis Keturunan Utama Kehidupan Penyusunan keanekaragaman kehidupan menjadi taksa tertinggi merupakan suatu pekerjaan yang sedang berlangsung
Beberapa episode utama dalam sejarah kehidupan Penentuan waktu kejadian didasarkan pada bukti-bukti fosil dan analisis molekuler
Sintesis molekul organik secara abiotik dalam suatu sistem model Stanley Miller dan Harold Urey menggunakan suatu peralatan yang mirip dengan gambar ini untuk meniru dinamika bahan kimia pada bumi primitif Hasilnya menemukan berbagai senyawa organik, termasuk beberapa asam amino yang menyusun protein pada organisme
Replikasi RNA secara abiotik Menurut hipotesis ini, gen pertama adalah molekul RNA yang mengalami polimerisasi secara abiotik dan bereplikasi sendiri secara autokatalitik ketika terikat ke permukaan tanah liat Huruf A, G, C dan U menyimbolkan keempat basa nukleotida RNA yang berpasangan secara spesifik dalam kombinasi A-U dan G-C
Suatu molekul sintetik yang bereplikasi sendiri Penciptaan di laboratorium dari molekul organik yang relatif sederhana yang membuat salinannya sendiri mempengaruhi ide mengenai asal mula kehidupan AATE (amino-adenosine-triacid-ester ) dapat mengkatalisis sintesis AATE
Sistem lima kingdom tradisional
Sistem lima kingdom dibandingkan dengan dua skema klasifikasi alternatif
PROKARIOTA DAN ASAL MULA KEANEKARAGAMAN METABOLISME
• •
• • •
•
•
•
•
•
• •
Dunia Prokariota Prokariota ada (hampir) di mana-mana! gambaran umum kehidupan prokariotik Bakteria dan arkhaea merupakan dua cabang utama evolusi prokariota Struktur, Fungsi, dan Reproduksi Prokariota Hampir semua prokariota memiliki dinding sel yang terdapat di luar membran plasmanya Banyak di antara prokariota bersifat motil Organisasi seluler dan genomik prokariota berbeda secara mendasar dari organisasi eukariotik Populasi prokariota tumbuh dan beradaptasi secara cepat Keanekaragaman Nutrisi dan Metabolisme Prokariota dapat dikelompokkan ke dalam empat kategori berdasarkan cara mendapatkan energi dan karbon Evolusi metabolisme prokariotik merupakan penyebab sekaligus akibat lingkungan di Bumi yang berubah Filogeni Prokariota Sistematika molekuler mengarah ke suatu klasifikasi filogenetik prokariota Dampak Ekologis Prokariota Prokariota adalah penghubung yang harus ada dalam pendaurulangan unsur kimia dalam ekosistem Banyak prokariota adalah simbiotik Manusia menggunakan prokariota dalam riset dan teknologi
Bentuk prokariota yang paling umum a) Prokariota cocci atau bulat, terbentuk satu per satu, pasangan atau kumpulan b) Prokariota berbentuk batang atau bacilli c) Prokariota berbentuk heliks meliputi spirilla dan spirokaeta
Metode pewarnaan Gram Untuk membedakan antara dua jenis dinding sel bakteri yang berbeda Bakteri diwarnai dengan zat warna violet dan iodium, dibilas dengan alkohol, dan kemudian diwarnai sekali lagi dengan zat warna merah Bakteri gram positif akan tetap menjerat warna violet, sedangkan bakteri gram negatif selnya
Bentuk dan fungsi flagela prokariota Berbeda sama sekali dengan flagela eukariota, flagela prokariota merupakan suatu struktur protein telanjang yang tidak memiliki mikrotubul
Dua hipotesis tentang asal mula metabolisme energi
Kedua skenario tersebut mempostulatkan bahwa penggunaan ATP sebagai alat ukur energi berevolusi sangat dini
ASAL MULA KEANEKARAGAMAN EUKARIOTIK • •
• •
• • •
•
•
•
•
• •
Pengantar Protista Protista adalah eukariota yang paling beraneka ragam Simbiosis terlibat dalam munculnya eukariota dari prokariota Sistematika dan Filogeni Protista Taksa monofiletik muncul dari penelitian modern dalam sistematika protista Anggota calon kingdom Arkhaezoa tidak memiliki mitokondria dan dapat mewakili garis keturunan awal eukariotik Calon kingdom Euglenozoa mencakup flagelata autotrofik dan heterotrofik Rongga (alveoli) subpermukaan adalah ciri khas calon kingdom Alveolata Suatu kumpulan eukariota multiseluler yang beraneka ragam bergerak dengan menggunakan pseudopodia (kaki semu) Jamur lendir memiliki adaptasi struktural dan siklus hidup yang meningkatkan peran ekologisnya sebagai pengurai Diatom, alga pirang, alga cokelat, dan jamur air adalah anggota calon kingdom Stramenopila Adaptasi struktural dan biokimiawi membantu rumput laut bertahan hidup dan bereproduksi di pesisir laut Beberapa alga memiliki siklus hidup dengan pergiliran generasi multiseluler haploid dan diploid Alga merah (calon kingdom Rhodophyta) tidak memiliki flagela Alga hijau dan tumbuhan kemungkinan memiliki nenek moyang fotoautotrofik yang sama
Suatu model mengenai asal mula eukariota a) Sistem endomembran eukariota b) Bukti tidak langsung yang kuat mendukung teori endosimbiosis berseri
Sejarah kehidupan Plasmodium
Apikompleksa yang menyebabkan malaria
Rekombinasi genetik dan konjugasi pada Paramecium
Siklus hidup suatu jamur lendir seluler
Siklus hidup Laminaria
Contoh pergiliran generasi heteromorfik
Siklus hidup Chlamydomonas Alga hijau uniseluler ini menunjukkan reproduksi seksual dan juga aseksual
Siklus hidup Ulva : Suatu contoh pergiliran generasi isomorfik Generasi seksual haploid dan generasi seksual diploid, identik dalam penampakan (isomorfik)
KEANEKARAGAMAN TUMBUHAN I: KOLONISASI DARATAN
• •
• • •
• • •
•
•
•
Gambaran Umum Evolusi Tumbuhan Adaptasi struktural, kimiawi, dan reproduksi memungkinkan tumbuhan mendiami daratan Sejarah adaptasi daratan adalah kunci bagi keanekaragaman tumbuhan modern Asal Mula Tumbuhan Tumbuhan kemungkinan berevolusi dari alga hijau yang disebut karofita Pergiliran generasi pada tumbuhan diawali dari pembelahan meiosis yang tertunda Adaptasi pada air yang dangkal merupakan pra-adaptasi tumbuhan untuk kehidupan di daratan Briofita Adaptasi embriofita dievolusikan pada briofita Gametofit adalah generasi yang dominan dalam siklus hidup briofita Tiga divisi briofita adalah lumut daun (moss), lumut hati (liverwort), dan lumut tanduk (hornwort) Asal Mula Tumbuhan Vaskuler Adaptasi tambahan di daratan dievolusikan saat tumbuhan vaskuler diturunkan dari nenek moyang yang menyerupai briofita Sporofit bercabang pada tumbuhan vaskuler memperbanyak produksi spora dan memungkinkan terbentuknya tubuh yang lebih kompleks Tumbuhan Vaskuler Tak Berbiji Siklus hidup yang didominasi oleh sporofit dievolusikan pada tumbuhan vaskuler tak berbiji Tiga divisi tumbuhan vaskuler tak berbiji adalah likofita, ekor kuda, dan pakis
Adaptasi tumbuhan untuk bereproduksi di darat
Struktur yang telah terspesialisasi mencegah pengeringan gamet dan embrio yang sedang berkembang dalam lingkungan terestrial
Pergiliran generasi: Skema umum
Siklus hidup semua tumbuhan meliputi gametofit dan sporofit. Kedua generasi ini saling bergiliran, masingmasing saling menghasilkan yang lain Kedua bentuk tumbuhan itu dinamai sesuai sel-sel reproduksi yang dihasilkannya
Beberapa kejadian utama evolusi tumbuhan
Asal mula tumbuhan dari alga hijau, radiasi adaptif tumbuhan vaskuler awal, kemunculan tumbuhan berbiji, serta asal mula dan diversifikasi tumbuhan berbunga adalah empat babak penting dalam sejarah kingdom tumbuhan
Siklus hidup lumut daun
Gametofit adalah generasi yang umum pada siklus hidup briofita, suatu karakteristik yang berbeda dengan tumbuhan lain
Siklus hidup pakis
KEANEKARAGAMAN TUMBUHAN II: EVOLUSI TUMBUHAN BERBIJI
•
• •
• •
•
•
• • •
• • •
• •
Gambaran Umum Adaptasi Reproduktif Tumbuhan Berbiji Gametofit tumbuhan berbiji menjadi semakin tereduksi dibandingkan dengan gametofit tumbuhan vaskuler tak berbiji Pada tumbuhan berbiji, biji menggantikan spora sebagai cara utama penyebaran keturunan Serbuk sari (polen) menjadi pembawa sel-sel sperma pada tumbuhan berbiji Gimnosperma Zaman Mesozoikum adalah zaman gimnosperma Keempat divisi gimnosperma yang masih hidup saat ini adalah sikad, ginkgo, gnetofit, dan konifer Siklus hidup pinus menunjukkan adaptasi reproduktif kunci pada tumbuhan berbiji Angiosperma (Tumbuhan Berbunga) Adaptasi kehidupan darat terus berlangsung dengan perbaikan jaringan vaskuler pada angiosperma Bunga adalah adaptasi reproduksi yang menentukan pada angiosperma Buah membantu menyebarkan biji-bijian angiosperma Siklus hidup angiosperma merupakan versi yang sangat maju dari pergiliran generasi yang umum bagi semua tumbuhan Radiasi angiosperma menandai transisi dari zaman Mesozoikum ke zaman Senozoikum Angiosperma dan hewan saling mempengaruhi evolusi satu sama lain Hampir seluruh pertanian didasarkan pada angiosperma Dampak Global Tumbuhan Tumbuhan mengubah atmosfer dan iklim Keanekaragaman tumbuhan merupakan sumberdaya yang tidak dapat diperbarui
Gambaran umum : Tiga variasi dalam pergiliran generasi pada tumbuhan
Dari bakal biji ke biji
Siklus hidup pinus
Struktur bunga
Siklus hidup angiosperma
FUNGI
• •
•
• •
•
•
•
• • •
Pengantar Fungi Nutrisi absorptif memungkinkan fungi hidup sebagai pengurai dan simbion Luas permukaan yang sangat besar dan pertumbuhan yang cepat mengadaptasikan fungi untuk nutrisi absorptif Fungi bereproduksi dengan cara melepaskan spora yang dihasilkan secara seksual atau aseksual Keanekaragaman Fungi Divisi Khitridiomikota: Khitrid memberikan petunjuk mengenai asal-usul fungi Divisi Zigomikota: Fungi zigot membentuk struktur dikariotik yang resisten selama reproduksi seksual Divisi Askomikota: Fungi kantung menghasilkan spora seksual dalam aski yang mirip kantung Divisi Basidiomikota: Fungi gada memiliki miselia dikariotik berumur panjang dan suatu tahapan diploid sementara Kapang, khamir, lichen, dan mikorhiza menunjukkan cara hidup unik yang berevolusi secara independen dalam tiga divisi fungi Dampak Ekologis Fungi Ekosistem bergantung pada fungi sebagai pengurai dan simbion Sejumlah fungi adalah patogen Banyak hewan, termasuk manusia, memakan fungi Hubungan Filogenetik Fungi
Karakteristik hifa fungi
Siklus hidup umum fungi Spora haploid dihasilkan secara aseksual dan seksual
Filogeni Fungi
Pohon filogeni ini, yang didukung oleh bukti-bukti molekuler menunjukkan kemungkinan hubungan evolusioner di antara keempat divisi kingdom fungi
Siklus hidup askomisetes
Anatomi suatu lichen Permukaan atas dan bawah adalah lapisan pelindung hifa fungi yang terbungkus rapat
PENGANTAR EVOLUSI HEWAN
Apa yang Dimaksud dengan Hewan?
• • • •
•
•
Gambaran Umum mengenai Filogeni dan Keanekaragaman Hewan Parazoa tidak memiliki jaringan sejati Radiata dan bilateria adalah cabang utama eumetazoa Evolusi rongga tubuh menghasilkan hewan yang lebih kompleks Selomata bercabang menjadi protostoma dan deuterostoma Asal Mula Keanekaragaman Hewan Sebagian besar filum hewan muncul dalam suatu rentang waktu geologis yang relatif singkat Genetika perkembangan memperjelas pemahaman kita mengenai diversifikasi di masa Kambrium
Perkembangan embrionik awal
Zigot hewan mengalami suatu urutan pembelahan sel secara mitosis yang disebut pembelahan
Satu hipotesis mengenai asal mula hewan dari protista berflagela
Pohon filogenetik hewan
Pohon silsilah ini menggambarkan hipotesis yang didasarkan pada bukti-bukti terbaru, cabang dengan garis putus-putus menandakan hubungan yang secara khusus masih belum pasti
Bangun tubuh hewan bilateria
Berbagai sistem organ hewan berkembang dari tiga lapisan nuftah yang terbentuk pada embrio
Pembandingan perkembangan awal pada protostoma dan deuterostoma
INVERTEBRATA •
•
•
•
• •
• •
• • •
•
•
Parazoa Filum Porifera: Spons adalah sesil dan memiliki tubuh berpori serta koanosit Radiata Filum Cnidaria: Anggota filum Cnidaria memiliki simetri radial, rongga gastrovaskuler, dan cnidosit Filum Ctenophora: Ubur-ubur sisir memiliki barisan lempeng silia dan koloblas yang lengket Aselomata Filum Platyhelminthes: Cacing pipih adalah hewan aselomata yang pipih secara dorsoventral Pseudoselomata Filum Rotifera: Anggota Filum Rotifera memiliki rahang dan mahkota silia Filum Nematoda: Cacing gilig tidak bersegmen dan bertubuh silindris dengan ujung yang meruncing Selomata: Protostoma Filum Nemertea: Posisi cacing proboscis di pohon filogenetik masih belum jelas Filum-filum Lophophorata; Hewan Bryozoa, Phoronida, dan Brachiopoda memiliki tentakel bersilia di sekeliling mulutnya Filum Mollusca: Anggota filum Mollusca memiliki kaki berotot, massa viseral, dan suatu mantel Filum Annelida: Anggota fiium Annelida adalah cacing bersegmen Filum Arthropoda: Anggota filum Arthropoda memiliki segmentasi regional, tungkai bersendi, dan eksoskeleton Selomata: Deuterostoma Filum Echinodermata: Anggota filum Echinodermata memiliki sistem pembuluh air dan simetri radial sekunder Filum Chordata: Anggota filum Chordata meliputi dua subfilum invertebrata dan semua
Anatomi spons Dinding spons yang sederhana ini memiliki dua lapis sel-sel yang terpisah oleh suatu matriks bergelatin, atau mesohil
Siklus hidup Hidrozoa Obelia
Sejarah hidup cacing pipih (f l u k e ) darah (S c h i s t o s o m a m a n s o n i )
Bangun dasar tubuh anggota filum Mollusca Tiga ciri khas filum ini adalah mantel, massa viseral , dan kaki k aki
Anatomi remis
Anatomi cacing tanah Anggota filum annelida memiliki segmen baik secara eksternal maupun secara internal. Banyak struktur internal berulang, segmen demi segmen Secara eksternal masingmasing segmen memiliki empat pasang setae, bulu yang pergerakannya memungkinkan cacing untuk membuat lubang
Anatomi laba-laba
Anatomi belalang
Metamorfosis kupu-kupu
Anatomi bintang laut Permukaan tubuh bintang laut ditutupi oleh duri-duri yang membantu mempertahankan diri melawan pemangsa dan juga ditutupi insang-insang kecil untuk pertukaran gas
EVOLUSI DAN KEANEKARAGAMAN VERTEBRATA
• •
•
•
•
• •
•
•
• • • •
• •
Chordata Invertebrata dan Asal Mula Vertebrata Empat ciri anatomis yang merupakan karakteristik Filum Chordata Chordata invertebrata memberikan petunjuk mengenai asal mula vertebrata Pengantar Vertebrata Pial neural (neural crest), sefalisasi (cephalization) yang nyata, tulang punggung, dan sistem sirkulasi tertutup merupakan karakteristik khas Subfilum Vertebrata Gambaran umum keanekaragaman vertebrata Superkelas Agnatha: Vertebrata Tak Berahang Lamprey dan hagfish adalah hewan agnatha yang masih hidup saat ini Superkelas Gnathostomata I: Ikan Rahang vertebrata berevolusi dari kerangka penyokong celah faring Endoskeleton bertulang rawan yang diperkuat oleh butiran berkalsium merupakan ciri diagnostik untuk Kelas Chondrichthyes Endoskeleton bertulang, operkulum, dan kantung renang merupakan ciri khas Kelas Osteichthyes Superkelas Gnathostomata II: Tetrapoda Amphibia adalah kelas tetrapoda yang paling tua Evolusi telur amniotik memperbesar keberhasilan vertebrata di darat Semua hewan amniota memiliki ciri yang diturunkan dari reptilia Burung berawal sebagai reptilia terbang Keanekaragaman mamalia meningkat tajam setelah terjadinya kepunahan di masa Kretaseus Primata dan Filogeni H o m o s a p i en s Evolusi primata memberikan pandangan bagi pemahaman asal mula manusia Manusia merupakan cabang yang sangat muda pada pohon silsilah vertebrata
Karakteristik filum Chordata Semua hewan chordata memiliki keempat ciri khas dari filum ini: sebuah notokord, tali saraf dorsal berlubang, celah faring, dan ekor pascaanus berotot
Subfilum Urochordata : tunikata a) Hewan tunikata dewasa b) Anatomi tunikata dewasa c) Anatomi larva tunikata
Subfilum Cephalochordata: l an c el et B r an c h i o s t o m a
Pial neural, sumber embrionik banyak sinapomorfi vertebrata a) Pial neural terdiri dari pita bilateral sel-sel di dekat tepi lipatan embrionik yang bertemu, membentuk tali saraf dorsal berlubang b) Sel-sel dari pial neural bermigrasi ke tempat yang jauh di dalam embrio, dan membentuk beberapa struktur anatomis yang unik bagi vertebrata
Anatomi ikan trout, contoh yang mewakili ikan bertulang keras
Penyebaran ikan pada masa Devon
Telur amnionik Telur amnionik memiliki membran ekstraembrionik dan cairan yang melindungi dan menghidrasi embrio • Adaptasi ini yang merupakan karakteristik reptilia, burung dan mamalia dan memungkinkan perkembangan dalam suatu lingkungan kering, memungkinkan •
Garis waktu (t i m e l i n e ) beberapa spesies homonid Perhatikan bahwa ada masa-masa dalam sejarah evolusi manusia ketika dua atau
BENTUK DAN FUNGSI TUMBUHAN
BAB 35 Struktur dan pertumbuhan tumbuhan BAB 36 Transpor pada tumbuhan BAB 37 Nutrisi tumbuhan BAB 38 Reproduksi dan perkembangan tumbuhan BAB 39 Sistem kontrol pada tumbuhan
STRUKTUR DAN PERTUMBUHAN TUMBUHAN
• •
• •
•
•
•
•
Pengantar Biologi Tumbuhan Modern Biologi molekuler mulai merevolusi kajian tentang tumbuhan Biologi tumbuhan mencerminkan tema utama dalam kajian tentang kehidupan Tubuh Angiosperma Sistem akar dan tunas merupakan adaptasi evolusioner untuk dapat hidup di darat Adaptasi struktural protoplas dan dinding sel memperlengkapi sel-sel tumbuhan untuk fungsi-fungsi khususnya Sel-sel tumbuhan diatur menjadi sistem jaringan dermal, sistem jaringan pembuluh, dan sistem jaringan dasar Pertumbuhan Tumbuhan Meristem menghasilkan sel-sel untuk organ baru sepanjang kehidupan tumbuhan: gambaran umum pertumbuhan tumbuhan Pertumbuhan primer: Meristem apikal memperbesar akar dan tunas dengan cara menjadi bagian primer tumbuhan Pertumbuhan sekunder: Meristem lateral menambah ukuran diameter dengan menghasilkan jaringan pembuluh sekunder dan periderm
Perbandingan monokotil dan dikotil Kelas angiosperma ini dinamai menurut jumlah kotiledon yang terdapat dalam embrio tumbuhan tersebut
Morfologi tumbuhan berbunga: gambaran umum
Tubuh tumbuhan dibagi ke dalam sistem akar dan sistem tunas, yang dihubungkan oleh jaringan vaskuler yang kontinu di seluruh tubuh tumbuhan
Daun tunggal versus daun majemuk • • •
•
Sebuah daun tunggal memiliki helai daun tunggal yang tidak terbagi Tunas aksiler terletak di tempat tangkai daun menyatu dengan batang Helai daun majemuk terbagi menjadi beberapa helai anak daun Anda dapat membedakan sebuah daun majemuk dengan daun tunggal dengan cara memeriksa lokasi tunas aksilernya
Sel-sel pengangkut air pada xilem
Air mengalir dari unsur ke unsur melalui dinding ujung yang berlubang Air dapat juga berpindah secara lateral antara pembuluh yang bersebelahan melalui ceruk
Pertumbuhan primer akar
Pengaturan jaringan primer pada akar muda
Pengaturan jaringan primer pada batang muda
Anatomi daun
Pertumbuhan sekunder sebuah batang
Anda dapat memeriksa kemajuan pertumbuhan sekunder dengan mengamati sayatan melintang pada batang yang umurnya lebih tua secara berurutan (anda akan mengamati perubahan yang sama jika anda dapat mengikuti daerah yang paling muda, dekat apeks, untuk tiga tahun yang akan datang)
Anatomi batang sebuah pohon
TRANSPOR PADA TUMBUHAN • • • • • •
•
•
• •
• •
• •
Gambaran Umum Mekanisme Transpor pada Tumbuhan Transpor pada tingkat seluler bergantung pada permeabilitas selektif membran Pompa proton berperan penting dalam transpor melewati membran tumbuhan Perbedaan potensial air menggerakkan transpor air pada sel tumbuhan Sel-sel tumbuhan yang bervakuola memiliki tiga kompartemen utama Simplas dan apoplas berfungsi dalam transpor di dalam jaringan dan organ Aliran massal (bulk flow) berfungsi dalam transpor jarak jauh Penyerapan Air dan Mineral oleh Akar Rambut akar, mikorhiza, dan luas permukaan sel-sel kortikal yang sangat besar meningkatkan penyerapan air dan mineral Endodermis berfungsi sebagai penjaga gerbang yang selektif antara korteks akar dan jaringan pembuluh Transpor Getah Xilem Naiknya getah xilem sebagian besar bergantung pada transpirasi dan sifat-sifat fisik air Getah xilem naik melalui aliran massal yang digerakkan oleh tenaga surya: tinjauan Kontrol Transpirasi Sel-sel penjaga bertindak sebagai penengah pada kompromi antara fotosintesis dan transpirasi Xerofit memiliki adaptasi yang mengurangi transpirasi Translokasi Getah Floem Floem mentranslokasikan getahnya dari sumber gula ke sugar sink Aliran tekanan adalah mekanisme translokasi pada angiosperma
Gambaran umum transpor pada tumbuhan
Transpor lateral mineral dan air dalam akar Mineral diserap dengan larutan tanah melalui permukaan akar, khususnya melalui rambut akar dan mikorhiza. Air dan mineral tersebut kemudian bergerak melewati korteks akar ke silinder pembuluh melalui kombinasi rute simplastik dan apoplastik
Pembangkitan daya tarik transpirasi pada daun •
•
Transpirasi akan menurunkan potensial air pada daun dengan cara menghasilkan suatu tekanan negatif (tegangan). Potensial air yang rendah ini akan menarik air dari xilem
Peranan kohesi dan adhesi dalam kenaikan getah xilem
Pergerakan cairan xilem melawan gravitasi dipertahankan melalui transpirasi
Pengisian sukrosa ke dalam floem
•
Pengisian dan pembongkaran floem bergantung pada transpor aktif sukrosa
•
Sukrosa diangkut bersama dengan H+ yang berdifusi menuruni suatu gradien yang dibentuk oleh pompa proton
Aliran tekanan dalam pembuluh tapis
Pengisian gula pada ujung sumber suatu pembuluh tapis dan pembongkaran pada ujung pembuangan merupakan upaya untuk mempertahankan suatu perbedaan tekanan yang menjaga agar getah dapat mengalir melalui pembuluh tersebut
NUTRISI TUMBUHAN • • •
• •
• •
Kebutuhan Nutrisi Tumbuhan Komposisi kimia tumbuhan memberi petunjuk mengenai kebutuhan nutrisi Tumbuhan memerlukan sembilan makronutrien dan paling tidak delapan mikronutrien Gejala defisiensi mineral bergantung pada fungsi dan mobilitas unsur Peran Tanah dalam Nutrisi Tumbuhan Karakteristik tanah merupakan faktor lingkungan yang penting dalam ekosistem darat Konservasi tanah merupakan salah satu tahap menuju pertanian yang berkelanjutan Kasus Khusus Nitrogen sebagai Nutrien Tumbuhan Nitrogen tersedia bagi tumbuhan berkat metabolisme bakteri tanah Perbaikan produksi protein tanaman merupakan tujuan utama penelitian pertanian
•
Adaptasi Nutrisional: Simbiosis Tumbuhan dan Mikroba Tanah Fiksasi nitrogen secara simbiotik dihasilkan dari interaksi yang sangat rumit antara akar dan bakteri Mikorhiza adalah asosiasi simbiotik akar dan fungi yang meningkatkan nutrisi t umbuhan Mikorhiza dan bintil akar mungkin memiliki suatu hubungan evolusioner
•
Adaptasi Nutrisional: Parasitisme dan Predasi oleh Tumbuhan Tumbuhan parasit mengekstraksi nutrien dari tumbuhan lain
•
•
Ketersediaan air dan mineral tanah •
•
Tumbuhan tidak dapat mengekstraksi semua air dalam tanah karena beberapa di antaranya sangat kuat terikat dengan partikel tanah yang hidrofilik. Air yang terikat kurang kuat ke partikel tanah dapat diserap oleh akar Ion hidrogen membantu nutrien tertentu menjadi tersedia bagi tumbuhan dengan cara menggantikan mineral bermuatan positif yang terikat dengan kuat ke permukaan partikel tanah yang sangat halus
Peranan bakteri tanah dalam pemberian nutrisi nitrogen bagi tumbuhan Amonium dibuat tersedia bagi tumbuhan oleh dua jenis bakteri: bakteri yang memfiksasi N2 atmosfer dan bakteri yang menguraikan bahan organik
Perkembangan sebuah bintil akar kacang kedelai
Mikorhiza Mikorhiza adalah asosiasi simbiotik akar dan fungi yang meningkatkan nutrisi tumbuhan. Hifa fungi endomikorhiza dan ektomikorhiza menyerap air dan mineral yang mereka sediakan bagi tumbuhan inangnya
Tumbuhan parasit
a) Dodder (benang oranye) yang tumbuh di atas pickleed di California Mikrograf sebelahnya merupakan sayatan melintang batang inang yang menyokong dodder b) Indian pipe secara nutrisional dijembatani menuju pohon inangnya oleh hifa fungi yang memanjang dari mikorhiza inang
REPRODUKSI DAN PERKEMBANGAN TUMBUHAN
• •
• •
• • • •
• • •
•
• •
Reproduksi Seksual Generasi sporofit dan gametofit bergiliran dalam siklus hidup tumbuhan: tinjauan Gametofit jantan berkembang di dalam kepala sari dan gametofit betina di dalam ovarium suatu bunga Penyerbukan menyatukan gemetofit jantan dan betina Para peneliti mulai menguraikan mekanisme molekuler inkompatibilitas-sendiri (selfincompatibility) Fertilisasi ganda menghasilkan zigot dan endosperma Bakal biji berkembang menjadi biji yang mengandung embrio dan persediaan makanan Ovarium berkembang menjadi buah yang diadaptasikan untuk penyebaran biji Adaptasi evolusioner perkecambahan biji memberikan sumbangan terhadap kelangsungan hidup benih Reproduksi Aseksual Banyak tumbuhan dapat mengklon dirinya sendiri dengan reproduksi aseksual Perbanyakan tumbuhan secara vegetatif sangat umum dalam pertanian Reproduksi seksual dan aseksual saling melengkapi dalam sej arah hidup banyak tumbuhan: tinjauan Mekanisme Seluler Perkembangan Tumbuhan Pertumbuhan, morfogenesis, dan diferensiasi menghasilkan tubuh tumbuhan: gambaran umum perkembangan tumbuhan Sitoskeleton mengatur geometri pembelahan dan perluasan sel Diferensiasi sel bergantung pada kontrol ekspresi gen
Gambaran umum siklus hidup angiosperma
Gambaran mengenai sebuah bunga sempurna
Perkembangan gametofit angiosperma (serbuk sari dan kantung embrio)
Perkembangan embrio tumbuhan dikotil
Menjelang bakal biji menjadi biji yang matang, zigot telah menjadi suatu tumbuhan embrionik dengan organ yang sempurna
Mobilitas zat-zat makanan selama perkecambahan pada sebuah biji barley Setelah biji mengimbibisi air, embrio membebaskan hormon yang disebut giberelin sebagai sinyal terhadap aleuron. Aleuron mensintesis dan mensekresikan enzim pencernaan yang menghidrolisis makanan yang tersimpan dalam endosperma, yang menghasilkan molekul kecil yang larut dalam air seperti α -amilase
Perkecambahan biji
Radikula, akar, embrio, pertama kali muncul dari biji. Kemudian tunas akan memecah permukaan tanah melalui salah satu mekanisme seperti di gambar tersebut
Morfogenesis sepanjang hidup tumbuhan Berbeda dengan hewan, yang berhenti tumbuh dan hanya sedikit berubah bentuknya setelah mencapai dewasa, tumbuhan menunjukkan pertumbuhan tak terbatas dan morfogenesis yang terus menerus selama tumbuhan itu masih hidup Pusat morfogenesis yang sedang terjadi berada pada ujung tumbuhan, yaitu daerah meristem apikal tunas dan akar
Gen identitas organ dan pembentukan pola dalam perkembangan bunga Para peneliti bekerja dengan hipotesis bahwa tiga kelas gen identitas organ yang bertanggung jawab atas pola spasial organ bunga. Ketiga gen identitas organ itu ditandai dengan A, B dan C
SISTEM KONTROL PADA TUMBUHAN •
•
• •
• •
•
•
•
•
•
• • •
Hormon Tumbuhan Penelitian mengenai bagaimana tumbuhan tumbuh mendekati cahaya membawa pada penemuan hormon tumbuhan: sains sebagai proses Hormon tumbuhan membantu koordinasi pertumbuhan, perkembangan, dan respons terhadap stimulus lingkungan Analisis tumbuhan mutan menambah daftar jenis hormon dan fungsinya Jalur transduksi sinyal menghubungkan respons seluler dengan sinyal hormonal tumbuhan serta stimulus lingkungan Pergerakan Tumbuhan sebagai Model untuk Kajian Sistem Kontrol Tropisme mengorientasikan pertumbuhan organ tumbuhan mendekati atau menjauhi stimulus Pergerakan turgor adalah respons tumbuhan yang relatif cepat dan dapat berbalik arah Kontrol Respons Harian dan Musiman Jam biologis mengontrol irama sirkadian pada tumbuhan dan eukariota lain Fotoperiodisme menyelaraskan banyak respons tumbuhan terhadap perubahan musim Fitokrom Fitokrom berfungsi sebagai fotoreseptor pada banyak respons tumbuhan terhadap cahaya dan fotoperiode Fitokrom bisa mempengaruhi jam biologis Respons Tumbuhan terhadap Cekaman Lingkungan Tumbuhan menghadapi cekaman lingkungan dengan suatu kombinasi respons perkembangan dan fisiologis Pertahanan terhadap Patogen Resistensi terhadap penyakit bergantung pada pengenalan antara gen tumbuhan dan patogen Respons hipersensitif (HR) membatasi suatu infeksi Resistensi-perolehan sistemik (SAR) membantu mencegah infeksi di seluruh tubuh tumbuhan
Percobaan awal mengenai fototropisme Hanya ujung koleoptil yang dapat mengindera arah cahaya, tetapi respons pembengkokan terjadi di bawah koleoptil. Suatu jenis sinyal harus mengalir turun dari ujung, melewati suatu rintangan permeabel (gelatin) akan tetapi tidak dapat lolos dari rintangan padat (mika), yang menyatakan bahwa sinyal untuk fototropisme merupakan suatu bahan kimia yang mobil
Percobaan Went
Beberapa bahan kimia yang dapat melewati potongan agar dari ujung koleoptil merangsang pemanjangan koleoptil tersebut. Jika potongan itu ditempatkan agak ke pinggir koleoptil yang dipotong dan dibiarkan dalam keadaan gelap, organ itu akan membengkok seolah-olah berespons terhadap pencahayaan dari satu sisi. Bahan kimia itu adalah hormon auksin, yang merangsang pemanjangan sel-sel tunas
Jalur transduksi sinyal pada sel-sel tumbuhan a) Suatu model umum, hormon yang berikatan dengan suatu reseptor spesifik merangsang sel itu untuk menghasilkan pembawa pesan kedua. Pembawa pesan kedua akan memicu berbagai respons tumbuhan itu terhadap sinyal semula b) Suatu contoh spesifik : suatu mekanisme hipotesis pada perangsangan pemanjangan sel oleh auksin
Pergerakan turgor cepat pada tumbuhan sensitif putri malu
Sel-sel motor yang bertanggung jawab untuk pergerakan ini, termasuk gerakan tidur mengalami perubahan turgor yang disebabkan oleh transpor kalium
Kontrol fotoperiodik perbungaan •
•
Tumbuhan hari pendek berbunga ketika malam melebihi suatu periode gelap kritis, seberkas cahaya yang menyela periode gelap akan mencegah perbungaan Tumbuhan hari panjang berbunga hanya jika malam lebih pendek dibandingkan dengan suatu periode gelap kritis
